Java-第一章认识和理解Java
第一章认识Java
1 java历史
Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java开发平台。Java是一种面向对
象的编程语言，它的前身是詹姆斯·高斯林（James Gosling，人称java之父）等人于1990年代初开
发的一种编程语言，最初被命名为Oak。
2 平台
1998年12月4日，Sun公司在发布的JDK1.2版本中，将Java技术体系拆分为3个方向（平台）：
1. J2SE （Java 2 Platform， Standard Edition），面向桌面应用开发
2. J2EE （Java 2 Platform， Enterprise Edition），面向企业级开发
3. J2ME （Java 2 Platform， Micro Edition），面向手机等移动终端开发
注意，JDK中会自带一个JRE的，也可以专门独立的只安装JRE，但开发人员一定是安装JDK
3 JDK
3.1 相关名词
SDK （software development kit），软件开发包，主要包含函数库或者工具等
JDK （java development kit），java程序开发工具包，面向java程序的开发者
JRE （java runtime enviroment），java程序运行环境，面向java程序的使用者
API （application program interface），应用程序编程接口
API Documentation，API说明文档，描述API中的类、方法等使用的方式
注意，JDK中会自带一个JRE的，也可以专门独立的只安装JRE，但开发人员一定是安装JDK
3.2 JDK安装
Linux中安装，把下载好的压缩包，直接解压并解归档即可。
例如，解压到当前目录下，也可以解压到指定目录中：
Windows中安装，直接双击安装包，一直下一把即可，默认安装位置：C:\Program Files\Java ，会在此目录中自动创建JDK的目录，并且目录的名字中携带JDK的版本号。
注意，安装过程中也会默认安装一个外部的jre，目录名字为jre1.8.0_74
注意，JDK按照目录里面，也自带了一个默认的内部的JRE，点击JDK目录后即可看到此JRE的目录
注意，电脑中可以按照多个不同版本的JDK，不会影响的，之后使用的时候，指定具体的版本即
可。
3.3 环境变量
需要配置三个环境变量，JAVA_HOME、PATH、CLASSPATH，其中PATH是必须，否找不到java的相
关命令所在的文件路径
以Windows系统为例说明：
JAVA_HOME，指定JDK的安装目录，例如，JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_74
PATH，把JDK中java命令所在目录配置到原有的PATH中，可以配置到PATH的最前面。例如，
PATH=%JAVA_HOME%\bin;...;...;....; 这里也可以不引用JAVA_HOME的变量值。
CLASSPATH，指定将来要运行加载的class文件所在位置，这个路径将来可能随时变换，可以先配置为当
前路径，将来使用的时候再具体配置即可。例如，CLASSPATH=.
注意，在Windows中，可以使用where命令，查看java名字所在位置 例如，where java
配置完成之后，在命令窗口中，使用命令进行查看：
java -version
注意，如果是Windows系统，配置好了之后，需要重新打开一个新的命令窗口进行测试
注意，如果是Linux系统，配置好了之后，可以先source命令让.bashrc文件生效，或者重写打开新
的命令窗口
3.4 JDK结构
oracle官方文档中提供的JDK结构图：
3.5JDK目录
这里以Windows中安装后的目录为例说明：
关于src.zip文件：
我们将来在代码中，所调用的JavaSE-api中的代码，大多数的源码就存放在这个压缩包中。
这里面都是java文件，这些java文件编译后生成的class文件，都存放在一个jar中，C:\Program
Files\Java\jdk1.8.0_74\jre\lib\rt.jar
我们的代码在运行的之前，JVM会先从这个rt.jar中加载一些我们需要使用的类，例如String、
Object、System等
sun公司程序员--编写基础的代码--》*.java --压缩-- 》src.zip --编译--》 *.class --归档--》rt.jar
一定要记得src.zip和rt.jar中的内容是什么，和它们俩者之间的关系。
4 PI文档
将来在我们编写的代码中，要使用/调用JavaSE-API中所提供的代码，它的源代码存放在src.zip
中，编译后的字节码存放在rt.jar中，这些类、接口的介绍和使用说明，都在JavaSE-API说明文档
中，它就像是一本说明书，来指导我们该如何调用这些别人提供给我们的基本代码。
5 java特点
我们平时所说的“java”，其实是一个综合的描述，它包含了一系列的很多东西。
它是一门编程语言
包含基本的语法、特性、思想等
它是开发环境
开发java程序时，需要一些的java开发工具
它是应用环境
开发好的java程序要运行，需要它提供一些的运行环境
它是部署环境
将来在其他平台下开发出的java程序，都需要它提供一个最基础的部署环境
也就是说，只有是进行和java相关的一系列相关活动，就必须要先安装一个JDK，以保证这些最基
础的环境、工具、语言支持等。
java语言的优点：
更纯粹的面向对象编程，加速开发的过程。
一次编写/编译，到处运行，代码可以跨平台
多线程的支持
代码中没有指针管理、内存管理，使得编程人员可以更加专注于系统的业务功能的开发
java 内存管理
java：面向对象编程语言
手动开辟内存 new
不需要关心内存的释放 GC垃圾回收器
C：面向过程编程语言
malloc() :开辟空间 free() :释放空间
C++（半面向对象编程语言）
new 开辟内存空间，delete()：释放空间
注意：说Java是纯面向对象编程语言是错误的，因为它还保留int,double了等基本数据类型
GC垃圾回收器
垃圾：无用的对象内存，没有任何指向的内存。
GC是一个优先级很低的线程实现回收
gc什么时候回收
内存不够用
系统闲置的时候
GC回收算法（知道就行）
标记清扫法
不会整理内存
内存搬移法
会整理内存，但是耗时
字节码的验证机制，保证代码的安全性
开源及强大的生态环境，社区活跃，第三方类库选择丰富
6 JVM
JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，它是一个虚构出来的计算机规范结构，是通过
在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
JVM是java中最核心的一个东西，它在计算机的内存中，虚拟并提供了java代码可以在其中运行的基础环境。
在JDK7中对JVM规范所给出的内存管理结构如下：
和我们程序中关系比较紧密的是堆区、栈区还有方法区，后面我们会经常提及这个几个内存区域
我们将来编写好的java代码，编译成了class文件，这些class文件就需要加载到JVM中，再进行运行
JVM就是java代码和计算机之间的一个桥梁：
java代码编译后，计算机并不能直接运行，必须需要经过JVM进行解释后，再进行运行。
所以，java其实并不算是真正的编译语言。
注意，JVM本质上是一个规范，每个公司都可以按照这个规范实现自己的JVM虚拟机
我们现在默认使用的JVM就是oracle公司提供的一个实现，这个JVM叫做HotSpot，从上面的历史介绍
中，也可以找到这个HotSpot虚拟机的来历。
当使用java命令来运行程序的时候，会先启动JVM，这个JVM在JDK中对应了一个ddl或so文件：
如果是Windows系统下，这个文件在：%JAVA_HOME%\jre\bin\server\jvm.dll
如果是Linux系统下， 这个文件在：$JAVA_HOME/jre/lib/amd64/server/libjvm.so
7 垃圾回收器
在java语言中，编程人员不需要在代码中控制内存的开辟和释放
java代码中，开辟要使用的内存空间，使用new关键字即可完成。
使用完之后，对内存的释放，在JVM中，由垃圾回收器（Garbage Collection，GC）来完成。
不同类型的GC，在JVM中，会根据不同的算法，对不同的内存区域内标记为垃圾的空间，进行回收释
放。在这个过程中，是不需要编程人员干预的，它自己会主动的完成。
在代码中，我们也可以调用JavaSE-API提供的方法，通知GC现在去进行垃圾回收的工作：
java.lang.System.gc();
java.lang.Runtime.gc();
注意，虽然可以主动通知，但是最后GC并不一定会真的的立刻执行，因为这个垃圾回收的过程什
么时候执行，最终还是要根据GC的具体算法和当前内存的使用情况来确定的
8 字节码验证
编写好的java代码，编译成class文件（字节码）后，再被JVM加载到内存中的时候，是需要做字节
码验证的
编写并编译好的java代码，加载到JVM内存中：******这张图很重要
加载到内存的途径有很多，这里描述的是通过网络，也可以是通过本地磁盘
一个class文件被加载到JVM内存之后，首先要经过字节码验证，主要包含：
检查当前class文件的版本和JVM的版本是否兼容
检查当前代码是会破坏系统的完整性
检查当前代码是否有栈溢出的情况
检查当前代码中的参数类型是否正确
检查当前代码中的类型转换操作是否正确
验证通过过，再确定哪些代码是解释执行的，哪些代码是JIT即时编译执行的：
解释执行
class文件内容，需要让JVM进行解释，解释成计算机可以执行的代码。整体效果就是JVM解释一行
代码就执行一行代码。所以如果java代码全是这样的运行方式的话，效率会稍低一些。
JIT（Just In Time）即时编译
执行代码的另一种方式，JVM可以把java中的 热点代码 直接编译成计算机可以运行的代码，这样
接下来再调用这个热点代码的时候，就可以直接使用编译好的代码让计算机直接运行，可以提高运
行效率。
9 编写java程序
编译Hello.java中，编写的代码：
编译成功后，生成对应的class文件，也就是字节码文件，其实就是0101代码（二进制）
运行Hello.class文件中，编译生成的字节码：
字节码，是二进制的0101代码，但是计算机不能直接运行，需要JVM进行解释后再执行
java命令，会先启动JVM虚拟机，然后再进行加载、验证、解释/JIT、运行等一系列的过程
JVM要求的运行规则是，java命令后面加上要运行的类的名字即可，这个类的字节码一定是在class
文件中的，同时要求这个类中，需要有一个程序入口，否则运行失败。
10 常用的命令
javac
编译命令
java
运行命令
javadoc
生成API文档命令
javap
反解析命令，可以解析出class字节码文件的内容
jar
打包命令
11 常用的包
在程序中，要区分一些东西，一般会采用【命名空间】的设计方式
在java中，package其实就是类的命名空间，用来唯一标识这个类的，同时也把类似功能的类组织
到一个包中
JavaSE-API中常用的包有：
java.lang
最常用的一个包，里面的类可以在我们的程序中直接使用，不需要import导入
java.awt、javax.swing、java.awt.event
这三个包属于同一类型的，它们包下面的类都是用来做图形化界面的(GUI)
注意：javax开头的包，是sun公司后面又扩展进来的包，刚开始是没有的
java.io
这个包下的类主要用于输入输出流的操作。也就是读数据/写数据
java.net
这个包下的类主要用于网络编程。例如把计算机A和计算机B之间建立网络连接，然后进行信息传
输。
java.util
这个包下的类都是一些常用工具类，可以帮我们在代码中完成一些辅助的功能，例如表示日期、使
用集合存储数据、使用工具类操作数组等
理解java☆
Hello.java
public class Hello{
public static void main(String[] args){
System.out.println("hello world");
}
}
1 问题
以上面代码为例，展开以下问题的讨论：
问题一：
Hello是我们自己定义的一个类，为什么写java代码的时候要写一个类？
因为在java中，类是组织代码的基本的单元，在类中，可以编写方法，在方法里面，才是真正需要JVM去
执行的一行行的代码，我们平时所说的代码执行，就是这的这些方法中的代码。
java语言中规定，在大多数情况下，需要把执行的代码写在方法中，方法写到类中，所以在写代码的时
候，一般都是先定义一个类，类中定义一个方法，然后把要执行的代码写到方法中。
那么这里所说的类中和方法中，具体的表现形式，就是一对花括号{}，如果这对花括号是属于类的，那
么括号里面就表示类中，如果这对花括号属于方法的，那么括号里面就表示方法中。
问题二：
Hello类中的方法，为什么名字要叫做main？
main方法是java中一个特殊的方法，它是作为java程序的唯一入口而存在的。
例如，一个项目中写了好几个百个类，每个类中的方法加起来一共又有上千个方法，那么当JVM加载了
这么多个类和方法的时候，JVM应该从什么地方开始运行程序呢？
java中就使用了一个固定的方法来作为程序的入口，也就是无论写了多少个类，多少个方法，JVM一定是
从这个固定的程序入口方法开始执行代码的，为了能够让JVM很好的识别这个入口方法，这个方法的编
写形式就是固定的：
//这是java中的程序入口方法，一切代码的执行，都要从这里开始
public static void main(String[] args){
//方法中，就可以编写一行行需要运行的代码了
}所以，我们在Hello类中定义一个main方法的目的就是，让JVM运行Hello这个类的时候，可以直接从类中
的程序入口方法，也就是main开始运行代码，又由于main方法是固定的写法，所以JVM很容易就识别出
来，然后去运行它，main方法被运行了，那么main中的代码就会被一行行的顺序执行了。
思考，如果一个类中没有编写固定形式的main方法，那么使用java命令去运行这个类，会发生什
么？为什么？在这情况下，如果还想使用这个Hello类，该怎么办？
1. 如果Hello中没有固定格式的main方法，使用 java Hello 运行的时候，会报错
2. 原因是因为JVM在Hello类中找不到指定的程序入口，也就是main方法
3. 这个情况下， 还要使用Hello这个的话，就需要在定义其他的一个类，例如Test类，在Test类定义程
序入口main，并且在main方法中调用Hello类中的属性或其他方法，这时候就使用到了Hello类中的
代码了
问题三：
System.out.println("hello world")，这句代码具体是什么意思？
System是JavaSE-API中所提供的一个类，
out是System类中的一个属性，
println是out中的一个方法，
所以，System.out是访问System类中的一个属性，System.out.println是调用out中的一个方法，
而println("hello world")方法的作用，是将字符串"hello world"输出到命令行或控制台中。
可以在API说明文档中，找到这些相关的说明
问题四：
在Hello中，我们为什么可以使用System这个类？
在自己的类中，想使用别人/自己提前写的另一个类，需要以下要求：
这里就以Hello类中使用System类的代码为例说明：
//这是java中的程序入口方法，一切代码的执行，都要从这里开始
public static void main(String[] args){
//方法中，就可以编写一行行需要运行的代码了
}
1 2 3 4 5 6
1. System这个类所在的.java文件已经编写完成，并且已经编译成.class文件
System.java文件在src.zip中，编译好的System.class文件在rt.jar中
2. 这个.class文件所在位置，是JVM可以自动加载的指定路径，这样就可以保证JVM可以把这个.class
文件中的字节码（也就是System这个类的代码），加载到JVM的内存中
JVM在启动的时候，会自动读取rt.jar中所需要的class文件，当然也包括System.class文件
3. 在Hello中，使用import（导入）关键字，将要使用的System类，引入到Hello中，如果System类是
在java.lang包中进行定义的，或者System类和Hello类是在同一个包下面定义的，那么import语句
可以省去不写
当前Hello类中，是没有声明package（包）的，那么这时候Hello类就算是在默认包中，而System
类，是在java.lang包下定义的，所以当前情况下， Hello类中不使用import导入，也可以直接使用
System类。
问题五：
使用java Hello运行这个类的时候，JVM是通过什么找到Hello.class文件的？
通过CLASSPATH环境变量配置的路径，来查找的Hello.class文件的，如果配置的路径不对，那么运行Hello
的时候就会报错，告诉我们找不到这个类。
注意，我们之前配置JDK的三个环境变量的时候，把CLASSPATH配置的路径就是点（.），表示当前
路径
问题六：
能否看到JVM去启动运行Hello类之前，确实从rt.jar中加载到了System这个类？
可以，只需要在运行Hello类的时候，加一个参数即可：
java -verbose Hello
verbose参数可以将JVM启动运行的时候加载的信息输出出来，由于内容太多，这里可以做一个输出重定
向：
java -verbose Hello > a.txt
注意，这个操作在Windows里面也是一样的
通过文件中记录的输出内容，就可以看到JVM在运行Hello这个类之前，整个加载的过程和顺序。
注意，这里JVM其实就是给我们自己编写的类Hello，准备运行的环境。
rt.jar中rt就是runtime的缩写，表示运行时环境的意思。
问题六：
Hello这个类的名字和Hello.java的名字有什么必然关系么？
1. 如果文件中的类是public关键字修饰的，那么这个类的名字和java文件的名字就一定要一样
2. 如果文件中的类不是public关键字修饰的，那么这个类的名字和java文件的名字不一样也可以
3. 类名和java文件名字的首字母大写，这是编程规范，大家都是默认遵循这个要求，其实这个字母小
写也没有任何问题
所以，Hello这个类不一定在Hello.java中，但是成功后，Hello这个类一定在Hello.class中
2 pacakge
在java中，定义包的关键字是package
在程序中，要区分一些东西，一般会采用【命名空间】的设计方式，这是大多数语言都会采用的方式。
在java中，如果来区分俩个名字一样的类？例如，张三定义了一个类Hello，李四定义了一个类Hello，当
把张三和李四的代码合并一起的时候，会出现俩个都叫Hello的类，那么这个时候该如果区分这个类？
可以使用package（包）来进行区分，例如张三定义的Hello这个类可以放在zhangsan这个名字的包下，
李四定义的Hello这个类可以放在lisi这个包下，如下：
package zhangsan;
public class Hello{
}package lisi;
public class Hello{
}注意，在程序中， package zhangsan; 对应的是一个名字叫zhangsan的文件夹，而 package lisi; 对
应的是一个名字叫lisi的文件夹，这样俩个代码合并在一起，也完全可以区分开名字相同的俩个Hello类。
但是一般程序中，定义包的时候，不会直接用zhangsan、lisi这样的名字，而是都会遵从一些包的命名规
则的：
1. package其实就是类的命名空间，用来唯一标识这个类的，避免和的类的名字重复
2. 一般情况，一个公司、组织、社团中所定义的包的名字，就是他们官网的域名（倒过来），因为
域名一定是全球唯一的，不可能有俩个一样的域名。
例如，http://commons.apache.org/ 这官网下的代码中的包，都是 package
org.apache.commons; 开头的。
例如，你个人写的代码，可以是以 package com.jim; 开头的，假设你的名字叫 jim
3. 类加上了包名，编译之后的效果
这样的类，在编译之后，都必须要有和包名对应的文件夹。
例如， package com.briup.demo;
package zhangsan;
public class Hello{
}
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package lisi;
public class Hello{
}
1 2 3 4这里是三个包，包和包之间用点（.）隔开，编译完之后，需要有对应的三个文件夹分别是
com/briup/demo ,最后在demo目录中，才有编译生产的class文件
一个指定package的类，编译后该如何运行？
例如：
package com.briup.test;
public class Hello{
public static void main(String[] args){
System.out.println("hello world");
}
}运行一个类的时候，JVM加载这个类的规则是什么？
1. 如果运行的Hello类，没有指定包，Hello类一定对应的是Hello.class （ 固定要求）
那么当运行 java Hello 的时候，JVM会从CLASSPATH中指定的路径中查找，是否有Hello.class这
个文件，如果有那么就加载到内存，然后运行，如果没有那么就报错。
这个情况下，CLASSPATH中就要配置Hello.class文件所在的路径
2. 如果运行的Hello类，指定了包，例如是package com.briup.test; Hello类一定对应的是
com/briup/test/Hello.class（固定要求）
那么当运行 java com.briup.test.Hello 的时候，JVM会从CLASSPATH中指定的路径中查找，
是否有com/briup/test/Hello.class这个文件，如果有那么就加载到内存，然后运行，如果没有那么
就报错。
注意，这个时候JVM从CLASSPATH的路径中，会先找com这个文件夹，然后依次找下去。因为如果
有包存在的时候，这个包就是这个类不可分割的一部分。
这个情况下，CLASSPATH中就要配置com文件夹所在的路径
3. 如果运行的Hello类，被打包到一个jar中，比如是me.jar
那么当运行 java Hello 的时候，JVM会从CLASSPATH中指定的路径中查找，是否有me.jar，如果
有那么就从me.jar中将Hello.class载到内存，然后运行，如果没有那么就报错。（这是Hello没指定
包的情况）
那么当运行 java com.briup.test.Hello 的时候，JVM会从CLASSPATH中指定的路径中查找，
是否有me.jar，如果有那么就从me.jar中将com/briup/test/Hello.class加载到内存，然后运行，如果没有那么就报错。（这是Hello指定包的情况）
注意，这时候，是要把jar文件的路径和jar文件的名字，都配置到CLASSPATH中
3 jar
java中有jar命令，可以将一个或多个class文件，打包到一个指定的jar文件中（xxx.jar）
例如，jre中的rt.jar，就是将src.zip中的java源代码编译成class文件后，又将这些class文件打包到rt.jar中
的。
4 类加载
java中的类，想要运行就必须把类对应的class文件加载到内存，JVM中真正负责加载class文件内容
的是类加载器
在java中，负责把class文件加载到内存的是类加载器（ClassLoader）
JavaSE-API中，有这么一个类： java.lang.ClassLoader ，它就表示JVM中的类加载器。
JVM启动后，默认会有几种类加载器：
启动类加载器 bootstrapClassLoader，非java语言实现
作用：加载指定路径中jar里面的class文件
路径1：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_74\jre\lib\
路径2：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_74\jre\classes\ （ 如果有这个目录的话）
例如：rt.jar
扩展类加载器 ExtClassLoader，java语言实现，是ClassLoader类型的对象
作用：加载指定路径中jar里面的class文件（ 只能是jar中存在的class）
路径：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_74\jre\lib\ext\
例如：ext中默认存在的jar，或者用户放到ext目录下的jar包
应用类加载器 AppClassLoader，java语言实现，是ClassLoader类型的对象
作用：加载指定路径中class文件或者jar里面的class文件
路径：CLASSPATH中配置路径，这个是用户自己配置的
例如：.:bin:hello.jar
我们最常使用的就是应用类加载器，因为它可以通过CLASSPATH中的路径，去加载程序员自己编写
并编译的class文件到内存中。
我们也可以把自己最常用的jar包，放到ext目录中，让扩展类加载器去自动加载这个jar中的class文
件到内存中，这样我们的代码就可以直接使用到这个jar中的类了
但是其实，大多数情况下，即使我们需要用到其他jar中的代码，也一般会把jar所在的路径配置到
CLASSPATH中，让应用类加载器进行加载，这样会更加方便统一管理项目中使用的所有jar
关于启动类加载器，它不是java语言编写的，我们一般也不要去动它的路径或者jar，它是负责在
JVM启动的时候，把JRE环境中最重要的一些library加载到内存，一旦出问题，JVM就无法正常运
行。
5 双亲委托机制
多个类加载器之间共同协作，然后把需要使用或运行的类加载到内存去执行，它们直接共同合作的
方式就是双亲委托机制。
现在要加载Hello.class文件中的类
首先加载任务就交给了AppClassLoader
然后AppClassLoader把这个任务委托给自己的父加载器，也就是ExtClassLoader
然后ExtClassLoader把这个任务委托给自己的父加载器，也就是bootstrapClassLoader
然后bootstrapClassLoader就尝试去加载Hello这个类，但是在指定路径下并没有找到
然后任务又交回给了ExtClassLoader，ExtClassLoader尝试加载Hello这个类，但是在指定路径中没到
然后任务又交回给了AppClassLoader
最后AppClassLoader从CLASSPATH中指定的路径里面找到并加载了这个Hello类，完成类加载的过程